Introducción

Los conceptos de virtualización y los servicios en la nube han transformado de una forma radical los ambientes aplicativos, de servidores y almacenamiento, donde las comunicaciones en tiempo real, rich-media y la movilidad son los temas dominantes. Sin embargo, la infraestructura de red que soporta estas aplicaciones y servicios no ha evolucionado a la misma velocidad, por lo que se ha quedado atrás, convirtiéndose en un obstáculo.

Imaginemos una red que responda y se adapte dinámicamente a lo que requiere la organización, permitiendo desplegar nuevos servicios rápidamente. Una red en la que las necesidades de negocio pudieran ser expresadas en forma de políticas de alto nivel y estas se pudieran aplicar de forma automatizada, reduciendo así la intervención manual y por ende el costo operativo, todo lo anterior sin causar interrupciones al negocio. Suena muy atractivo, ¿o no?

El concepto de redes definidas por software (software defined network, SDN) promete evolucionar las redes a un nuevo nivel, haciendo que las expectativas arriba mencionadas queden cubiertas. En este artículo resumo varios documentos y referencias con el fin de comentar qué es SDN, por qué surge, cuáles son los principales conceptos que propone y los beneficios que promete.

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Problemática

Hoy en día existen varias tendencias que provocan cambios importantes en los requerimientos hacia la arquitectura de redes: el fuerte incremento en el uso de dispositivos móviles, la proliferación de la virtualización de servidores, la alta adopción de servicios en la nube, los prometedores beneficios que las estrategias de Big Data traerán, y la convergencia de las redes de datos, voz y video, implican grandes cambios en los patrones de tráfico que circulan en la red, nuevos requerimientos en los anchos de banda y diferentes niveles de calidad de servicio (QoS). En pocas palabras, se requiere que los usuarios se puedan conectar, asegurándoles una experiencia satisfactoria, dondequiera, cuando quiera y desde cualquier dispositivo.

Las arquitecturas de hoy en día carecen de flexibilidad y son altamente complejas, su foco ha estado en minimizar el riesgo de indisponibilidad de los servicios, más que en la adaptabilidad, flexibilidad y agilidad. La gestión de las redes actuales está poco automatizada y para aplicar una política específica es necesario configurar manualmente múltiples dispositivos a través de comandos de línea, lo que aumenta el riesgo de afectar los servicios debido a un error humano.

SDN es una nueva arquitectura de red enfocada a la entrega de servicios en la cual se separan y diferencian con claridad  dos planos (capas) que tradicionalmente están incrustados monolíticamente en cada uno de los dispositivos de red. Permite a las aplicaciones abstraerse de la infraestructura de red subyacente, como si fuera un solo switch lógico o virtual.

Trabaja bajo los principios de caracterización y conciencia de las aplicaciones (application aware), abstracción de la red, gestión centralizada y automatizada para asegurar el correcto aprovisionamiento de los recursos necesarios para cumplir con la calidad de experiencia que los usuarios esperan.

Los dos planos que se disocian son los siguientes:

  • Reenvío de datos (data forwarding).- Este plano permanece descentralizado y se encarga del reenvío de los paquetes tan rápido como sea posible. Permanece en el hardware de red y típicamente implementada a través de elementos especializados, conocidos como circuitos integrados de aplicación específica (application-specific integrated circuits, ASIC). Estos elementos de hardware deben operar con el protocolo Openflow para comunicarse con el plano de control e implementar las reglas de reenvío de tráfico.
  • Control. Contiene la inteligencia de la red de una forma centralizada, entiende la topología de la red y puede tomar decisiones sobre a dónde debe ir un flujo de tráfico específico (este plano siempre está centralizado). Permite modificar el comportamiento de la red en tiempo real así como desplegar nuevos servicios en poco tiempo (horas). El controlador es una especie de middleware que abstrae los componentes físicos subyacentes de la red como ruteadores, firewalls o balanceadores.

Al centralizar la inteligencia de la red, es posible verla de forma completa, es decir, end-to-end, lo que permite tomar mejores decisiones. Por otro lado, las políticas que se pueden implementar a través de este componente contemplan aspectos como control de accesos, control de tráfico, calidad de servicio, seguridad, etcétera. En esta nueva arquitectura, este componente en vez de estar en el hardware de red, está basado en software de propósito específico y típicamente corre en servidores x86 de uso general, ya sean físicos o virtuales.

Otra característica muy importante de SDN es el reconocimiento de la existencia de la capa aplicativa, en la cual se encuentran los servicios de red, las herramientas de orquestación y las aplicaciones de negocio que interactúan con el plano de control a través de API específicos. En el siguiente diagrama se puede observar la arquitectura conceptual divida en los diferentes planos.

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De este modelo de planos se derivan dos tipos principales de conversaciones:

  • “Hacia abajo” (southbound), realizada principalmente a través del protocolo Openflow para comunicar al controlador con los equipos de red. Openflow permite el acceso y la manipulación directa del plano de reenvío (forwarding) de los equipos de red, ya sean físicos o virtuales.
  • “Hacia arriba” (northbound), para comunicar al controlador con las aplicaciones de negocio y se realiza principalmente a través de interfaces de programación de aplicaciones (application programming interface, API).

Los beneficios esperados de una SDN son los siguientes:

  • Simplicidad. La red puede ser controlada y gestionada de forma centralizada como una sola entidad. Las tareas de gestión son automatizadas y aisladas de la complejidad de la infraestructura física a través de interfaces fáciles de utilizar.
  • Agilidad. Los nuevos servicios y aplicaciones pueden ser provistos en muy poco tiempo, además los administradores de TI obtienen la posibilidad de programar funcionalidades y servicios (programmability) según lo requieran, eliminando así la dependencia de los fabricantes de hardware.
  • Control. A través del plano de control se puede supervisar de forma granular los flujos de la red, contemplando las aplicaciones como un elemento central. Permite lograr mejoras en la confiabilidad y seguridad de la red, centralizando la definición, configuración e implementación de políticas.
  • Mejoras en la experiencia del usuario final. Al permitir que las aplicaciones exploten la información centralizada sobre el estado de la red y de la capacidad de adaptación del comportamiento de la misma, se pueden realizar ajustes en tiempo real para que los usuarios finales tengan un tiempo de respuesta de acuerdo a los niveles de servicio establecidos.
  • Reducción de costos operativos. Finalmente, todo lo anterior redunda en el principal beneficio que se espera, que consiste en un menor costo operativo de gestión de las redes.

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Situación actual de SDN

SDN surgió apenas hace un par de años, impulsado por los usuarios, es decir, por organizaciones que de alguna manera buscan un cambio en sus infraestructuras de red. Empresas como Microsoft, Yahoo, Facebook, Goldman Sachs, Google, Verizon y Deutsche Telecom, formaron la ONF (Open Networking Foundation, https://www.opennetworking.org/) que está dedicada a impulsar la promoción y adopción de este concepto y que definió el protocolo Openflow. De igual forma se ha creado el ONUG (Open Networking User Group, http://opennetworkingusergroup.com/) que es una comunidad de líderes de TI para el intercambio de ideas y mejores prácticas para la implementación de diseños de SDN.

Aunque se trata de un concepto relativamente nuevo, es una tendencia que no se detendrá y solo es cuestión de ver cuánto tiempo toma para que se vuelva una realidad para la mayoría de las organizaciones, no únicamente para los innovadores tempranos (early adopters): en un evento realizado por Network World1 solo 10% de los 450 asistentes dijeron entender el concepto de SDN. Por otro lado, de los miembros del ONUG 56% está revisando el concepto de SDN, mientras que 28% ya está corriendo pruebas de concepto (PoC), y 16% ha realizado ya implementaciones limitadas1. Así pues, se estima que las primeras implementaciones reales se iniciarán en 2014, alcanzando un valor de mercado de  apenas $400 millones de dólares, y que pasarán tal vez de 5 a 7 años antes de que SDN se consolide1.

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Conclusiones

SDN es un enfoque muy interesante que promete hacer de las redes un elemento mucho más dinámico y un gran habilitador de negocios, sin embargo, hay que estar atentos a las estrategias de adopción que los grandes fabricantes de infraestructura de red definan. Hoy en día ya la mayoría (Cisco, HP, Brocade, Juniper, Dell, Enterasys, por mencionar algunos) están trabajando y presentando sus propuestas, pero sus enfoques suelen ser diferentes.

También hay que observar al mercado, ya que están surgiendo nuevas compañías de nicho (startups) que retarán a los grandes y, como siempre, habrá fusiones y adquisiciones.

Por último, es muy importante observar la evolución y consolidación de estándares, protocolos y API para la interoperabilidad; en estos  temas los organismos como la ONF y ONGU tendrán un papel de gran  influencia.

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Referencias:

(1) Network World Digital spotlight, The promise of SDN (http://resources.idgenterprise.com/original/AST-0087944_NWW_SDN_v5.pdf )

ONF White paper, Software-Defined Networking: The New Norm for Networks (https://www.opennetworking.org/images/stories/downloads/sdn-resources/white-papers/wp-sdn-newnorm.pdf )

Juniper White paper, Decoding SDN (http://forums.juniper.net/t5/The-New-Network/Decoding-SDN/ba-p/174651 )

Enterasys White paper, Software Defined Networking  (http://www.enterasys.com/company/literature/sdn_tsbrief.pdf )

Brocade White paper, Exploring Software Defined Networking with Brocade (http://www.brocade.com/downloads/documents/white_papers/exploring-sdn-wp.pdf )

Dell White paper, Software Defined Networking a Dell point of view (http://i.dell.com/sites/doccontent/business/large-business/en/Documents/Dell-Networking-SDN-POV.pdf )

ZDNet, 10 questions about Software Defined Networking (http://www.zdnet.com/10-key-questions-about-software-defined-networking-sdn-7000015822/ )